Güneş ve Ay'ın hareketleri insanlığın başlangıcından beri zamanı gösterip sembolize eder.
Zaman Kavramı ve İkizler Paradoksu
Zaman kavramının tam olarak anlaşılması, özellikle fizik biliminde pozitif bağlamda çok büyük bir sıçrayışa vesile olmuştur. Simetrik bir devinim olan güneşin doğması ve batması (Gündüz-gece) olayı insanoğlunun ezelden beri aşina olduğu bir kavram olduğundan pratik hayatında kullandığı birçok olguyu bu kavram doğrultusunda sıraya yerleştiriyordu.
Mesela sabah koyunlar otlaklara çıkartılır akşam yatılır gibi. Gündüz-gece kavramı zaman kavramının ilk tohumudur diyebiliriz. Daha sonraları insanoğlu çok özel durumlarla karşılaşmış ve o an yaşadıkları zamanı veya daha önce yaptıklarını ya da daha sonra yapacaklarını zaman kavramı altında tanımlama gereği duymuştur. Böyle bir kavram oluşturmak içinde herkse göre sabit bir niceliği zaman ölçüsü olarak tanımlamak gerektiğini fark etmiştir. Bu doğrultuda 1960 yılından önce, zaman standardı ortalama güneş günü cinsinden hesaplanmıştır. Ortalama güneş saniyesi bir güneş gününün (1⁄60)(1/60)(1/24)'ü olarak alınmıştı.[1] Ama bu kavram gelişen teknoloji karşısında yetersiz kalmış, hassasiyetini gelişen teknoloji karşısında günden güne kaybetmiştir bunun üzerine bilim adamları 1967 yılında zaman kavramı için yeni bir sabit geliştirmişlerdir: Atomik saat. Bu olguya göre sezyum atomunun 9 192 631 770 defa titreşim yaptığı süreye 1 saniye denilmiştir. Çok kesin ve net gibi gözüken bu tanım şimdiki zamanlarda gelişen nano teknolojinin ihtiyaçlarını karşılamakta zorlanmaktadır.
Modern fizikte zaman kavramının önemi Einstein ile beraber ortaya çıkmıştır. Einstein'dan önceleri geçerli olan Newton fiziği uzay-zamanı ayrı ele alarak, zamanı; evrenin her noktası için mutlak kabul etmekte ve zamanın bütün referans sistemlerinden bağımsız olduğunu söylemekteydi. Einstein bu kavramın yanlış olabileceğini daha o günlerde kestiriyordu. Işık hızı ve zaman arasında bir kopma noktası olabileceğini düşünen Einstein bu düşüncesini bazı örneklerle desteklemeye çalıştı. Mesela bir saat kulesinin yakınlarında olduğunu tasavvur eden Einstein, saat kulesinin tam 12 yi gösterdiğini varsaymıştır. O saat kulesinin Einstein'a saatin tam 12'i olduğunu göstermesi, ışık ışınlarının önce saat kulesine ve oradan da Einstein'ın gözlerine yansıması demektir. Ama burada bir gariplik vardır; ışık ışınları tam saat kulesindeyken de Einstein'ın gözlerine gelirken aldığı yol boyunca da dahil olmak üzere bütün bir zaman aralığında hep aynı bilgiyi taşıdığını(saatin 12 olduğu bilgisi) görmüştür ve ışık ışınları için zamanın durduğu sonucuna ulaşmıştır. Einstein eğer o ışık ışınının üzerinde yolculuk yapsaydım dünyayı nasıl görürdüm diye düşünür ve bu düşüncesinde yıllar sonra bulacağı özel görelilik teorisinin altyapısı bulunduğu açıkça görülmektedir.
Einstein özel görelilik teorisinde kısaca; evrende hiçbir ivmeli hareket eden nesnenin ışık hızına ulaşamayacağını söyler. Einstein bu durumu şöyle özetlemektedir; Görelilik kuramına uygun olarak m kütleli bir maddeciğin kinetik enerjisi m.v²/2 ifadesiyle değil, mc²/√1-v²/c² ifadesi verecektir. V hızı, c ışık hızına yaklaştıkça, bu ifade de sonsuza yaklaşmaktadır. Bu yüzden, ivmeyi yaratmak için kullanılan enerji ne kadar büyük olursa olsun, hız her zaman c'den küçük kalmalıdır.Yani yeterli güçte bir roket yaptığımızı düşünelim. Işık hızına çok yakın hızlara ulaşmamıza rağmen hızı arttırmakta ısrar ettiğimiz taktir de verdiğimiz enerji sürekli olarak kütleye dönüşecektir. Başka bir deyişle kütlesi olan hiçbir şey ışık hızına ulaşamaz. Zaten ışığı oluşturan taneciklere(fotonlara) baktığımızda kütlesiz olduklarını gözlemleriz. Ayrıca fotonlar ışık hızında hareket etmeleri zamanlarının olmaması anlamına gelir yani sıfır zamanda hareket ederler. Görelilik teorisiyle birlikte zamanın göreceli bir kavram olduğu ortaya çıkmış ve yepyeni bir bilimin(modern fizik) kapısı aralanmış oldu. Einstein'ın 1905 yılında ileri sürdüğü özel göreliliğin iki postülasının(1)Birbirlerine göre düzgün doğru hareket yapan tüm gözlemciler için ışık hızı aynıdır. 2) Birbirlerine doğru hareket halindeki tüm gözlemciler için fizik kanunları aynıdır.) yanı sıra evrendeki bilinen 3 boyut haricinde birde zaman boyutunun olduğunu ortaya koyması fizik dalındaki en büyük devrim olarak nitelendirilmektedir.
Şimdi zamanın göreceliği kavramını en iyi şekilde özetleyen ve çok popüler bir örnek olmasına rağmen hala kavram hatalarının yapıldığı ikizler paradoksuna Richard GOTT'un özgün anlatımıyla bakalım: İkiz kız kardeşler, Dünya ve Evren(orijinali Earth ve Astra'dır.) bu paradoksun klasik örneğidir. Tahmin ettiğiniz gibi Dünya Dünya'da kalır, Evren ise bir roketle ışık hızının %80 hızıyla Alpha Centauri yıldızına gider. Alpha Centauri Dünya'dan 4 ışık yılı uzaklıkta olduğuna göre, Evren'in oraya varışı 5 ışık yılı sürer. Evren'in saati Dünya'nın saatine göre %40 daha yavaş ilerler, Bu nedenle Evren bu yolculukta sadece 3 yıl yaşlanırken; Dünya, Evren'in yıldıza varışını 5 yıl olarak ölçer. Evren, Alpha Centauri'ye ulaştığı anda yön değiştirir ve yine ışık hızının %80'i bir hızla geri döner. Dönüş yolculuğu yine aynı şekilde Dünya tarafından 5 yıl, Evren tarafından da 3 yıl olarak ölçülür. Sonuç olarak Evren Dünya'ya vardığında; kendisinin toplam 6 yıl, Dünyanın ise toplam 10 yıl yaşlandığını görür. Yani Evren dünya zamanına göre 4 yıl ileri gitmiştir. İşte paradoks tam bu noktada ortaya çıkar. Evren ışık hızının %80'i hızla Alpha Centauri'ye doğru giderken, roketin camından bakıp, aslında Dünya'nın ışık hızının %80 hızıyla gittiğini ve kendisinin sabit durduğunu ileri sürebilir. Bu düşüncedeki yanlış şudur; İkiz kardeşler aynı deneyimleri yaşamadılar. Dünya'da bulunan Dünya, yön değiştirmeksizin sabit bir hızla hareket eden bir gözlemci(Dünya'nın Güneş etrafındaki hızı ihmal ediliyor) olduğundan Einstein'ın ilk postülasını sağlar(postülayı hatırlayalım: Birbirine göre düzgün doğru hareket yapan tüm gözlemciler için ışık hızı aynıdır). Buna karşın Evren, yön değiştirmeksizin sabit hızla hareket eden bir gözlemci değildir. Evren, Alpha Centauri'ye vardığında yön değişitirir. İşte üzerinde durulması gereken en kritik nokta yön değiştirme olgusudur. Şimdi Evren'in bu yolculuk sırasında neler düşündüğüne bakalım: Evren, Alpha Centauri'ye doğru giderken camdan bakar ve Dünya'nın ışık hızının %80 i hızla hareket ettiğini görür. Alpha Centauriye vardığında saatine bakar ve 3 yıl geçtiğini görür, bunun üzerine ışık hızının %80'i hızla hareket eden Dünya'daki Dünya'nın kaç yıl yaşlandığını bulmak için işlem yapar ve çıkardığı sonuç 1,8 yıl olur. Yani kendisi 3 yıl, Dünya ise 1,8 yıl yaşlanmıştır Evrene göre. Alpha Centauriye vardığında Evren konumunu Dünyaya doğru çevirir. İşte tam bu yön değiştirme hareketini yaptığı anda uzay-zamanı farklı bir eğimle diler ve aslında hareket edenin kendisi olduğunu algılar. Dönüş yolu boyunca yine ışık hızının %80'i hızla hareket eden ve Dünya'ya varan Evren, yaptığı hesaplar sonucunda dönüş yolu boyunca Dünya'nın 8,2 yıl dolayısıyla 8,2(dönüş) +1,8(gidiş) olmak üzere toplamda 10 yıl yaşlandığını kendisinin ise 3+3 yıl olmak üzere 6 yıl yaşlandığı sonucuna varır. Görüldüğü gibi ortada paradoks yoktur. Evren'in Dünya'daki olayların eş zamanlı olduğuna dair olan fikri dönüş hareketi sonrasında tamamen değişir ve aslında hareket edenin kendisi olduğunu algılar. Yani böylece her iki kardeşinde yaşları hakkındaki hesaplarının doğru olduğu ortaya çıkar. Burada da çok net bir biçimde görüldüğü üzere zaman göreceli bir kavramdır. Ama bu görelilik fizik yasalarını kesinlikle etkilememektedir. Fizik yasaları sahip oldukları simetri sayesinde(o da belki bir başka yazının konusu olabilir) her koşulda kesinliğini muhafaza etmektedir.
Şu unutulmamalıdır ki, eğer hız, zaman gibi kavramlardan bahsediyorsak anlam kargaşasını önlemek için mutlaka bir referans noktası belirtmeliyiz. Kim bilir beklide zaman kavramını daha ayrıntılı bir şekilde anlayabilirsek birçok bilim adamının ve bilim-kurgu yapımcısının fantezisi olan geleceğe ve geçmişe yolculuk rutin yapılan işlerden birisi olacaktır.
ŞİMDİ
Herhangi birisi şimdi' dediğinde,zaman sürecinde çok kısa bir bölümü anlatmış olur.
Geçmişi veya geleceği değil,o kişinin içinde bulunduğu an' ı anlarız.
Hemen bir saniye sonra o an,artık geçmişte kalmıştır.
Ancak günlük konuşmalarımızda şimdi' kelimesi daha çok geniş zamanı içerir.
Uzayda şimdi' kelimesi hangi anlama gelir?
Çok nitelikli bir teleskop icat edildiğini düşünelim.
Öyle ki üzerine çevrildiği bir gökcismini en ince ayrıntılarına kadar göstersin.
Bu teleskopla 60 ışık yılı ötedeki bir gezegene bakıyorum.
Günlerden 17 nisan 2007.Saat tam 9.00.
Baktığım yerde o gezegene ait canlıların gezindiğini görüyorum.
Ben,yanımda duran size:
-Şimdi ortalıkta gezinen yaratıklar var'
Dersem,doğru bir ifade kullanmış olur muyum?
Hayır.
Bu şekilde söylersem,17 nisan 2007 saat 9.00 dünya zamanı ile,o gezegendeki zamanın aynı olduğunu belirtmiş oluyorum.
Oysa bu yanlıştır. Zira o anda benim gördüğüm,60 yıl önce o gezegenden yola çıkan ışıkla gelen görüntülerdir.
Şöyle demem gerekirdi:
-'60 yıl önce o gezegende gezinmiş olan canlıları şimdi görüyorum'
Ve de şimdi,17 nisan 2007 saat 9.00 itibarı ile gördüğüm o canlıların yaşayıp yaşamadığını bilemem.
Öbür gezegendeki canlılardan, dünyayı kendi teleskopu ile gözlemleyen birisini ele alalım.
O canlı varlık, beni görünce:
-Şimdi teleskopla buraya bakan birisi var'
Derse,o da yanlış bir ifade kullanmış olur.
Zira dünyamızdan çıkan ışıklar o gezegene 2067 yılında ulaşacaktır.
O zaman ben çoktan ölmüş olacağım.
ZAMANI KAVRAMAK
Zaman ,çok uzak geçmişten gelip çok uzak geleceğe uzanan bir olgudur.
Hepimiz onun çok ufak bölümünde yer almış bulunuyoruz.
Dolayısı ile zamanı algılama kapasitemiz de ister istemez sınırlı oluyor.
Saat,gün,hafta ve yıl gibi ölçüler hep bize göredir.
Çoğumuz zaman kavramını kendi ömür süremiz kadarını kavrayabiliyoruz.
Bu sınırlar dışında kalan muazzam büyüklüğü anlayabilmek gerçekten zor.
Yerkürenin oluşumundan bugüne kadar geçen sürenin 4,5 milyar yıl olduğu tahmin ediliyor.
Bu süreyi bir güne,yani 24 saate sığdırdığımızı farzedelim.
00'da başlayan sürecin ilk saatleri jeolojik oluşumun her türlüsü ile içiçedir.
Buna paralel olarak atmosfer de gelişimini sürdürür.
Sabah saat 4 civarında yaşam başlar.
İlk basit ve tekhücreli organizmalar doğmuştur.
Takip eden 16 saat boyunca yaşam açısından bir ilerleme görülmez.
Saat 20.30'a gelinceye değin yeryüzünde bu mikroskopik canlılardan başkası yoktur.
Şimdi ilk deniz bitkileri belirmiştir.
20 dakika sonra ilk denizanaları ortaya çıkar.
21.04'te trilobitler yaşama katılır.
22.00'dan az önce karalarda bitkiler oluşur.
Bundan kısa bir süre sonra kara yaratıkları hayat sahnesinde yer alır.
22.24'te büyük karbonifer ormanları yeryüzünü kaplamıştır.
Bugün bile kullandığımız kömür,bu ormanların artıklarıdır.
Bu arada ilk kanatlı böcekler uçmaktadır.
Saat 23.00'a yaklaşırken dinozorların ortaya çıktığını görebiliriz.
Onların hakimiyeti 45 dakika sürecektir.
Ama gece yarısına 21 dakika kala yok olurlar.
Artık memeliler çağı başlamıştır.
İnsanların ortaya çıkışı son bir dakika onyedi saniye içindedir.
Kayıtlı tarihimizin tümü ise sadece birkaç saniyedir.
Unutmayalım ki bu birkaç saniye 5.000 yılı kapsıyor.
Bu kısacık süre içinde yer alan kendi yaşamınıza ait bölümü düşünün.
Zamanın ne denli uzun bir süreyi kapsadığına dair bir başka örnek verelim.
Şimdi,yani 2007 yılında zamanda geriye doğru uçtuğumuzu varsayalım.
Bir saniyede bir yıl gideceğiz.
Yani bir saniye sonra 2006,ikinci saniyede 2005 yılına ulaşacağız.
Yolculuğumuz böylece devam edecek.
Yarım saat sonra İsa'nın yaşadığı çağlara varırız.
İnsanların yaşam sahnesinde yer aldığı zamanlara gitmemiz 3 haftamızı alır.
Kambriyen dönemine ancak 20 yıl sonra gidebiliriz.
Bu konuda Carl Sagan'ın yaptığı kozmik takvim çalışmasını unutmamak gerekir.
Ünlü astronom,Big-Bang'den bugüne kadar geçen süreyi bir takvim yılına indirger.
Buna göre Büyük Patlama 1 ocakta olmuştur.
Dünyada ilk yaşam belirtilerinin görülmesi 25 eylüldür.
Her türlü jeolojik oluşum ile canlıların evrimi yılın son gününe dek sürer.
31 aralık saat 22.30 da ilk insanlar doğadadır.
Yılın bitmesine bir saniye kala,yani saat 23.59.59 da Avrupa,Rönesans çağını yaşar.
Nihayet yılın son saniyesi içindeki olaylar ,ortaçağdan günümüze dek süren bölümdür.
Zaman, ölçülmüş veya ölçülebilen bir dönem, uzaysal boyutu olmayan bir kontinyum.Zaman kavramı, tarih boyunca felsefenin ilgi alanlarından biri olmasının yanısıra matematik ve bilimsel araştırmaların da önemli malzemelerinden biridir.Tarih boyunca çok tartışılmış bir konudur. Son olarak Albert Einstein'in tarifiyle son bulmuş ifade şu an için en geçerli teoremdir. İçinde olduğumuz 3 mekan ve 1 zaman boyutlu uzay-zamanın, soyut olan boyutu olarak da kabul edilir. Zaman olgusu fizikte 't'(yani ingilizce time) harfiyle tanımlanır. Zamanın objektif olarak var olup olmadığı, fiziğin en önemli ve çözülemeyen konularının başında gelir. Planck zamanı denilen saniyenin 10 üzeri 43'de birinden daha kısa olan süre, fizikçilerce içinde bulunduğumuz 3+1 boyutlu uzayın sınırı ve kara delik ortamının başlangıcı olarak kabul edilir. Tıpkı ışık gibi bükülebileceği varsayılmaktadır. Bu yüzden zaman içi yolculuğun mümkün olup olmadığı birçok bilim adamı tarafından düşünülmektedir. Zamanın akıp akmadığı veya hangi yönde aktığı da aynı şekilde fiziğin en tartışmalı konulardandır.
Zamanın ölçümü
Zamanın tarifi konusunda tam bir uzlaşmaya varılamasa da ölçülmesi konusunda anlaşmazlık yoktur. Zaman, fizikte en hassas ölçülebilen niceliktir.Zaman ölçümünde herhangi bir ana ya da aralığa rakamsal bir değer atanır. Bu atamada sürekli değişikliğe uğrayan herhangi bir fenomen kullanılabilir.
Zamanın ölçümünde kullanılan başlıca iki adet, birbirinden bağımsız ölçek vardır:
Dinamik - Gök cisimlerinin çekimsel hareketlerini kullanır.
Atomik - Atomların içsel enerji durumları arasındaki quantum değişimini gerçekleştirmekte kullanılan elektromanyetik radyasyonun karakteristik frekansından yararlanır.
Dünyanın kendi ekseni etrafında dönüşü de bir zaman ölçeği olarak kullanılabilir ancak gel-git kuvvetleri nedeniyle diğer iki ölçeğe eşdeğer (İng: equivalent) değildir.
